微小型四旋翼飞行器多信息非线性融合导航方法及实现
基于非线性互补滤波算法的四旋翼飞行器姿态信息融合处理
传 感 器世 界 ２ ０ １ ７ ． ０ ４
Ｖ ｏ１ ． ２ ３ ＮＯ Ｏ ４ １ ｂ ｔ ａ ｌ ２ ６ ２
ｅ Ｓ ｅ ａ ｒ Ｃ ｎ ＆Ｕ ｅ Ｖ ｅ ｌ Ｏ Ｄ ｍ ｅ ｎ 团囝团圈
得 较 好 的 滤 波 效 果 ， 使得 姿 态 解 算 误差 较大 。
此 ， 本 文 在 互 补滤 波 的 基 础 上 ，通 过 对
精度 要求较低 ，是一种从 频域 角度 埘数 进 行处跚 的
姿态融合算法 。文献 ［ １ ０ 一 ｌ ２ ］ 分别给 … Ｊ 瞅 拉 角 、 方Ｉ ｈ ｊ 余 弦 形 式 下 的 互 补 滤 波 算 法 ” １ ， 虽 然 能 满 足 飞 行
飞行控 制 的 要 求 ， 但 由 Ｊ 会 出 现 瞅 托 角 法 仔 奇 点 、
． ．
，
¨ 。 娜
“． ｎ／
一
、
引言
化仍 是当下研 究的’ ‘ 个热点。 成 本控制 ｆ ，
Ｊ
近 ｕ
翼 飞 行 器 最 为 流 Ｉ Ｉ 。
术 的 （ Ｍ 逐 Ｅ Ｍ 渐
消 费 级 无 人 机 领 域 高 精 度 惯 性 导航 器 件 ４ 了 丁 将遍 他 用 性 ， 目前 常 刖 的 Ｍ Ｅ ＭＳ惯 导 器 什 ｒ １ Ｊ １ ＇陀 螺 仪 会带 柬
受到噪 ０
针 对这一 『 【 】 Ｊ 题 ， 丈献 【 ５ — ７ １ 采用 Ｋ ａ ｌ ｍａ ｎ滤 波 对 删 量 数 据 进 行融 合 Ｉ Ｓ － ？ ］ ： 为解 决 系 统 的 Ｉ ｔ ！ 线 性 ¨题 ， 更献
阴旋翼 在布局形式 上属于 非共轴式 碟形飞 行器，
个 旋 桨 按 照 不 同 的方 向 旋 转 不 仅 抵 消 了反 扭 力矩 ， 并 儿 可 以通 过 调 节 四 个 旋 翼 的 转 速 实 现 各 个 方 向 的 飞
微小型四旋翼飞行器的研究现状与关键技术
2004 年 , 已经分别基于多种控制算法(例如 :PID[ 5] 、 LQ[ 5] 、Backstepping[ 6] 、Sliding -mode[ 6] ), 实现了飞行 器姿态控制 。
OS4 II 的机身最大长度 72 cm , 重 520 g ;机载 230 g 的锂电池 ,能提供自主飞行 30 min 的能量 。它与 OS4 I 的区别主要有:使用了桨叶面积更大的新旋翼;使用了 更轻 、功率更大的 LRK 无刷电机 BLDC ;使用皮带减速 装置代替了电机减速箱 ;控制器 、传感器 、电池和电机 驱动模块等都直接安装在机体上 , 不再由机体外部提 供 。2006 年 1 月 ,EPFL 已经实现了 OS4 II 在室内环境 中基于惯导的自主悬停控制 。
0 引言
微小型四旋翼飞行器是一种电动的 、能够垂直 起降(VTOL)的 、多旋翼式遥控 自 主飞行器 。 它在 总体布局形式上属于非共轴式碟形飞行器 , 与常规 旋翼式飞行器相比 , 其结构更为紧凑 , 能够产生更大 的升力 , 并且 4 只旋翼可相互抵消反扭力矩 , 不需要 专门的反扭矩桨 。
早在 1907 年 , Bréguet -Richet 就让世界上第一 架四旋翼飞行器“ Gyroplane No .1 ” 升上了天空[ 1] 。
X -UFO 机体最大长度 68 .5 cm , 高 14 cm ;持续 飞行时间约 5 min ;遥 控距离可达 100 m 。X -UFO 的旋翼被置于发 泡聚丙烯(EPP)制成的圆环中 , 比 Draganflyer Ⅲ有更好的安全性 。
图 1 Draganflyer Ⅲ 图 2 X-UFO
OS4 是 EPFL 自动化系统实验室开发的一种电 动小型法 , 目标是要实现室内和室外环 境中的完全自主飞行 。
小型四旋翼低空无人飞行器综合设计
3、传感器应用
传感器技术在小型四旋翼低空无人飞行器中扮演着重要的角色。通过使用多种 传感器，可以实现飞行器的定位、导航、控制等功能。为了保证数据的准确性 和可靠性，需要对传感器进行定期校准和维护。
实验结果与分析
通过仿真实验，本次演示提出的混合控制方法取得了显著的实验效果。在轨迹 跟踪实验中，飞行器能够快速准确地跟踪给定的轨迹，具有良好的动态性能和 稳定性。此外，通过与单一控制方法的对比实验，本次演示提出的混合控制方 法在跟踪精度和稳定性方面均表现出明显的优势。
结论与展望
本次演示针对四旋翼无人飞行器的非线性控制问题，提出了一种基于鲁棒控制 和滑模控制的混合控制方法。通过仿真实验验证了该方法的有效性。然而，仍 然存在一些不足之处，例如对飞行器的动态特性分析不够准确、控制系统的实 时性有待提高等。
设计思路
1、总体设计
小型四旋翼低空无人飞行器主要由机身、旋翼、遥控器等部分组成。机身采用 轻量化材料制成，以减小飞行器的重量，便于携带；旋翼则由四个电机驱动， 以实现飞行器的稳定飞行；遥控器则用于控制飞行器的飞行轨迹和高度。
2、硬件设计
硬件配置是小型四旋翼低空无人飞行器的核心部分，主要包括电池、传感器、 遥控设备等。电池选用高容量、轻量化的锂离子电池，以延长飞行器的续航时 间；传感器则采用GPS、加速度计、陀螺仪等，以实现飞行器的定位、导航和 控制；遥控设备则选用2.4GHz遥控器，以实现遥控设备的无线传输。
小型四旋翼低空无人飞行器综 合设计
01 引言
03 参考内容
目录
四旋翼无人机控制系统设计与实现
四旋翼无人机控制系统设计与实现四旋翼无人机是一种结构简单、操作灵活的垂直起降无人机。
首先分析了四旋翼无人机的基本运动原理，然后以APM飞控计算机为核心，结合GPS定位芯片、陀螺仪、加速度计、航向计、无线数据电台等装置，进行了微型四旋翼无人机的系统集成。
分析了包括位置回路和姿态回路的双闭环控制结构的四旋翼无人机的控制逻辑与控制规律。
在进行传感器标定、参数整定等工作的基础上，对无人机进行了综合调试。
最终实现了无人机的稳定可靠飞行，具有良好的姿态控制、轨迹控制能力，各项性能指标符合设计要求。
标签：四旋翼无人机；PID控制；飞行控制；姿态控制；轨迹控制Abstract：The four-rotor unmanned aerial vehicle（UA V）is a kind of vertical take-off and landing UA V with simple structure and flexible operation. In this paper，the basic principle of motion of the four-rotor UA V is analyzed，then the APM flight control computer is used as the core，and the GPS positioning chip，gyroscope，accelerometer，heading meter，wireless data radio and other devices are combined. The system integration of micro quad-rotor unmanned aerial vehicle （UA V）is carried out. The control logic and control law of the four-rotor unmanned aerial vehicle （UA V）with double closed-loop control structure including position loop and attitude loop are analyzed. On the basis of sensor calibration and parameter tuning，the UA V is comprehensively debugged. Finally，the UA V can fly stably and reliably，and it has good attitude control and trajectory control ability，and all the performance indexes meet the requirements of design.Keywords：four rotor UA V；PID control；flight control；attitude control；trajectory control1 概述四旋翼無人机是一种非共轴、多旋翼式无人机，改变四个旋翼产生的升力大小就可以实现姿态稳定及飞行控制，其结构简单，体积较小，且飞行平稳、隐蔽性好，可用于救援搜索、侦查监控、探查航拍等任务，具有重要的研究价值和广阔的应用前景[1]。
基于非线性制导的四旋翼轨迹跟踪控制
计算机测量与控制．２０２０．２８（１１） 犆狅犿狆狌狋犲狉犕犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋牔犆狅狀狋狉狅犾 ·１０１ ·收稿日期：２０２００４１７； 修回日期：２０２００５２０。
作者简介：陈运剑（１９９１），男，湖北随州人，工程师，主要从事飞行器总体设计、飞行控制方向的研究。
文章编号：１６７１４５９８（２０２０）１１０１０１０５ ＤＯＩ：１０．１６５２６／ｊ．ｃｎｋｉ．１１－４７６２／ｔｐ．２０２０．１１．０２１ 中图分类号：ＴＰ２７３文献标识码：Ａ基于非线性制导的四旋翼轨迹跟踪控制陈运剑，刘 畅，马武举，帅 超（中国船舶重工集团公司第七一 研究所，湖北宜昌 ４４３００３）摘要：四旋翼是一种欠驱动、强耦合的可垂直起降的飞行器，为了实现其能够以设定速度跟踪空间轨迹，设计了一种基于非线性制导算法的轨迹跟踪控制方法；该方法分为了导引与控制两部分组成，导引部分以任务轨迹与期望速度为输入量通过非线性制导算法输出当前四旋翼的期望加速度，控制部分以得到的期望加速度为输入量采用串级ＰＩＤ算法对四旋翼进行姿态控制，从而实现四旋翼保持设定速度对任务轨迹的跟踪；仿真结果表明，所提方法能够实现四旋翼对复杂任务轨迹的精确跟踪，二维复杂轨迹跟踪距离偏差不超过±０．６ｍ，速度偏差不超过２ｍ／ｓ；三维复杂轨迹除了受自身控制力限制的飞行段外，跟踪距离偏差基本控制在±４ｍ以内，速度偏差不超过２ｍ／ｓ。
关键词：四旋翼；非线性制导；轨迹跟踪；姿态控制犜狉犪犼犲犮狋狅狉狔犜狉犪犮犽犻狀犵犆狅狀狋狉狅犾狅犳犙狌犪犱狉狅狋狅狉犅犪狊犲犱狅狀犖狅狀犾犻狀犲犪狉犌狌犻犱犪狀犮犲ＣｈｅｎＹｕｎｊｉａｎ，ＬｉｕＣｈａｎｇ，ＭａＷｕｊｕ，ＳｈｕａｉＣｈａｏ（Ｎｏ．７１０Ｒ＆ＤＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣＳＩＣ，Ｙｉｃｈａｎｇ ４４３００３，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｅｑｕａｄｒｏｔｏｒｉｓａｎｕｎｄｅｒ－ｄｒｉｖｅｎ，ｓｔｒｏｎｇ－ｃｏｕｐｌｉｎｇａｉｒｃｒａｆｔｔｈａｔｃａｎｔａｋｅｏｆｆａｎｄｌａｎｄｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅａｌｉｚｅｉｔｓａｂｉｌｉｔｙｔｏｔｒａｃｋａｓｐａｃｅｔｒａｊｅｃｔｏｒｙａｔａｓｅｔｓｐｅｅｄ，ａｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｔｒａｃｋｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｎｏｎｌｉｎｅａｒｇｕｉｄａｎｃｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｄｅ ｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｉｓｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｔｗｏｐａｒｔｓ：ｇｕｉｄａｎｃｅａｎｄｃｏｎｔｒｏｌ．Ｔｈｅｇｕｉｄａｎｃｅｐａｒｔｔａｋｅｓｔｈｅｍｉｓｓｉｏｎｔｒａｊｅｃｔｏｒｙａｎｄｔｈｅｄｅｓｉｒｅｄｓｐｅｅｄａｓｉｎｐｕｔａｎｄｏｕｔｐｕｔｓｔｈｅｅｘｐｅｃｔｅｄａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｑｕａｄｒｏｔｏｒｔｈｒｏｕｇｈｎｏｎｌｉｎｅａｒｇｕｉｄａｎｃｅａｌｇｏｒｉｔｈｍ．ＴｈｅｃｏｎｔｒｏｌｐａｒｔｕｓｅｓｔｈｅｃａｓｃａｄｅＰＩＤｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｑｕａｄｒｏｔｏｒ ｓａｔｔｉｔｕｄｅｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｘｐｅｃｔｅｄａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｏｂｔａｉｎｅｄ，ｓｏｔｈａｔｔｈｅｑｕａｄｒｏｔｏｒｃａｎｍａｉｎ ｔａｉｎｔｈｅｓｅｔｓｐｅｅｄｔｏｔｒａｃｋｔｈｅｍｉｓｓｉｏｎｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｃａｎａｃｃｕｒａｔｅｌｙｔｒａｃｋｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｔａｓｋｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｏｆｔｈｅｑｕａｄｒｏｔｏｒ．Ｔｈｅｔｒａｃｋｉｎｇｄｉｓｔａｎｃｅｄｅｖｉａｔｉｏｎｏｆｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｃｏｍｐｌｅｘｔｒａｊｅｃｔｏｒｉｅｓｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ±０．６ｍ，ａｎｄｔｈｅｓｐｅｅｄｄｅｖｉａｔｉｏｎｄｏｅｓｎｏｔｅｘｃｅｅｄ２ｍ／ｓ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎｔｏｔｈｅｆｌｉｇｈｔｓｅｇｍｅｎｔｌｉｍｉｔｅｄｂｙｉｔｓｏｗｎｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒｃｅ，ｔｈｅｔｒａｃｋｉｎｇｄｉｓｔａｎｃｅｏｆｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｃｏｍｐｌｅｘｔｒａｊｅｃｔｏｒｉｅｓｂａｓｉｃａｌｌｙｒｅｍａｉｎｓｗｉｔｈｉｎ±４ｍ，ａｎｄｔｈｅｓｐｅｅｄｄｅｖｉａｔｉｏｎｄｏｅｓｎｏｔｅｘｃｅｅｄ２ｍ／ｓ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｑｕａｄｒｏｔｏｒ；ｎｏｎｌｉｎｅａｒｇｕｉｄａｎｃｅ；ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｔｒａｃｋｉｎｇ；ａｔｔｉｔｕｄｅｃｏｎｔｒｏｌ０ 引言四旋翼是一种能够垂直起降、空中悬停的无人飞行器，由于其机动灵活、操作简便、体积轻便等特点，四旋翼飞行器在科研、民用以及军用领域上得到了广泛的运用［１］。
微型四旋翼控制系统设计
微型四旋翼控制系统设计0 前言无人飞行器（UAV）自主飞行技术多年来一直是航空领域研究的热点，并且在实际应用中存在大量的需求，例如：侦察与营救任务，科学数据收集，地质、林业勘探，农业病虫害防治，以及视频监控，影视制作等。
通过无人飞行器来完成上述任务可以大大降低成本和提高人员安全保障。
无人飞行器的主要优点包括：系统制造成本低，在执行任务时人员伤害小，具有优良的操控性和灵活性等。
而旋翼式飞行器与固定翼飞行器相比，其优势还包括：飞行器起飞和降落所需空间少，在障碍物密集环境下的可控性强，以及飞行器姿态保持能力高。
由国际无人运输系统协会(International Association for Unmanned Vehicle Systems）组织的一年一度的国际空中机器人竞赛(International Aerial Robotics Competition),为自主旋翼式飞行器的应用潜力研究提供了一个很好的展示平台。
该竞赛吸引了来自全世界不同国家研究团队的参与，来完成预先设定的自主飞行任务。
在无人飞行器自主飞行的众多技术当中，飞行器自主飞行控制算法的设计一直是控制领域众多研究者最关心的问题之一。
经典的控制策略在飞行器系统的某个特定作用点上往往首先将系统模型线性化，然后在此基础上运用经典控制理论对系统进行分析和控制，控制精度和控制能力偏弱。
相比之下，运用现代非线性控制理论设计的控制算法，其性能明显优于经典控制算法。
小型四旋翼飞行器与其它飞行器相比，其优势在于其机械结构较为简单，并且只需通过改变四个马达的转速即可实现控制，且飞行机动能力更加灵活。
另一方面，小型四旋翼飞行器具有较高的操控性能，并具有在小区域范围内起飞，盘旋，飞行，着陆的能力。
飞行器可以飞至离目标更近的区域，而不像传统直升机由于其巨大的单旋翼而不能近距离靠近目标。
同时，小型四旋翼飞行器研究也为自动控制，先进传感技术以及计算机科学等诸多领域的融合研究提供了一个平台。
基于非线性互补滤波算法的四旋翼飞行器姿态信息融合处理
基于非线性互补滤波算法的四旋翼飞行器姿态信息融合处理孙菁宇;高国伟;潘宏生;毛瑞燕【摘要】针对四旋翼飞行器的MEMS惯性测量单元在姿态测量过程中存在着漂移和噪声误差等问题,在经典互补滤波融合算法的基础上提出了一种改进型的姿态融合处理算法,并搭建了以MPU6050为姿态测量单元的四旋翼飞行器硬件测试平台,分别在静态和动态环境下对惯性测量单元直接解算得到的姿态数据、传统互补滤波融合得到的姿态数据及改进后滤波算法融合得到的姿态信息进行对比.结果表明,改进后的姿态融合算法在静态环境和动态环境下都表现出了优于传统互补滤波的姿态融合处理效果.【期刊名称】《传感器世界》【年(卷),期】2017(023)004【总页数】6页(P14-19)【关键词】四旋翼飞行器;互补滤波;姿态融合【作者】孙菁宇;高国伟;潘宏生;毛瑞燕【作者单位】北京信息科技大学传感器重点实验室,北京100192;北京信息科技大学传感器重点实验室,北京100192;北京国科舰航传感技术有限公司,北京100101;北京信息科技大学传感器重点实验室,北京100192【正文语种】中文【中图分类】V275+.1一、引言近年来，随着新材料、微机电(MEMS)、微惯导(MIMU)以及飞行控制等技术的逐渐成熟及个人航拍和航模运动的兴起，低成本飞行器迅速进入大众视线，无人机市场呈现出爆炸式增长，其中尤以四旋翼飞行器最为主流[1]。
四旋翼在布局形式上属于非共轴式碟形飞行器，四个旋桨按照不同的方向旋转不仅抵消了反扭力矩，并且可以通过调节四个旋翼的转速实现各个方向的飞行控制。
其结构的简单可靠，体积小、重量轻，成本低，机动性强等特点使其在许多领域发挥出越来越不可替代的作用[2-3]，因此，研究其基本原理并在现有的功能基础上进行改进和优化具有重要意义。
姿态的准确获取是飞行器实现稳定飞行的前提，而姿态解算的精度和速度将直接影响到飞控算法的稳定性和可靠性。
随着人们对姿态解算的精度要求以及机载硬件的计算效率越来越高，姿态数据融合的精细化仍是当下研究的一个热点。
微小型四旋翼无人机研究进展及关键技术浅析
微小型四旋翼无人机研究进展及关键技术浅析岳基隆,张庆杰,朱华勇(国防科学技术大学机电工程与自动化学院,长沙410073)摘要:随着嵌入式处理器、微传感器技术和控制理论的发展和成熟,微小型四旋翼无人机逐步向高效、多功能化方向发展,并广泛应用于军事、民用、以及科学研究等多个领域。
首先,从原型研发、平台集成和商业化应用3个方面介绍了目前国内外在该领域最新的研究情况。
结合四旋翼无人机的特点,着重分析了微型机电系统、空气动力学设计、非线性系统建模以及飞行控制等关键技术。
最后,在国内外研究进展和关键技术分析的基础上,指出了未来四旋翼无人机技术发展趋势。
关键词:四旋翼;无人机;进展;关键技术中图分类号:V279文献标志码:A文章编号:1671-637X(2010)10-0046-07Research Progress and Key Technologies ofM icroQuad-Rotor UAVsYUE Jilong,Z HANG Q ing jie,ZHU H uayong(Co ll ege ofM echtron ic&A uto m ation,N a ti ona lU n i ve rs i ty o f D efense T echno l ogy,Changsha410073,Ch i na)A bstract:W ith the develop m en t of e mbedded processors,m icro-sensor techno l o gy and contro l theory, m icro quad-ro tor UAV i s g radually deve l o ped to be m ore e ffi c ient and m u lt-i f u nctiona,l and has found w i d e application in m ilitary,c i v ili a n,scientific research and other fie l d s.F irst o f a l,l the latest research situati o n at ho m e and abroad is introduced fro m t h ree aspects of pr o totype research and developm en,t p latf o r m i n tegration and co mm ercia l applicati o n.Second,accordi n g to the characteristics of quad-rotor UAV,the key technolog ies of m icro-electrical syste m,aerodyna m ic design,nonlinear syste m m ode ling and fli g ht contro l are ana l y zed i n detai.l F i n ally,the future developm ent trend of quad-r o tor UAV is presented based on the research progress and key techno log ies analysis.K ey words:quad-r o tor;Unm anned AerialV eh icle(UAV);developm en;t key techno logy0引言近年来,无人机(U n m anned A erial V ehicles,UAV)的应用和研究广泛受到有关各个方面的重视。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Ｍｕ ｌ ｔ ｉ — ｉ ｎｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｎｏ ｎｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ Ｆｕ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｔｅ ｃ ｈ ｎｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｆ Ｍｉ ｃ ｒ ｏ
Ｑｕ ａ ｄ ｒ ｏ ｔ ｏ ｒ Ａｉ ｒ ｃ ｒ ａ ｆ ｔ
Ｌｉ ｕ Ｊ ｉ ａ ｎ ｙ ｅ，Ｊ ｉ ａ Ｗｅ ｎ ｆ ｅ ｎ ｇ，Ｌ ａ ｉ Ｊｉ ｚ ｈ ｏ ｕ，Ｌｕ Ｐｉ ｎ
信息融合导航 方案 ， 针 对 多传 感 器 数 据 更 新 不 一 致 的 问 题 ， 提 出 了 时 间更 新 和 量 测 更 新 分 离 的 异 步 滤 波 方 法 。
针 对 微 小型 四 旋 翼 无 人 飞 行 器 的 易 受环 境 影 响 和 多信 息 数 据 融 合 的 非 线 性 特 点 ， 研 究 了Ｓ ｉ ｇ ｍａ点 卡 尔 曼滤 波 器 （ Ｓ ｉ ｇ ｍａ — ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ Ｋ ａ ｌ ｍａ ｎ ｆ ｉ ｌ ｔ ｅ ｒ ， Ｓ Ｐ Ｋ Ｆ ） 的应用 ， 构 建 了一 种 新 型 的 四 旋 翼 飞行 器 微 型 多信 息 导 航 系统 。 实验 表 明 ， 该 系统 在 静 态和 动 态 飞 行 环 境 下 可 对 飞行 器 的 姿 态 、 速度 和位置进行 可靠估计 和量测 ， 能 够 保 证 四旋 翼 飞 行 器
（ Ｎａ ｖ ｉ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｃｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ，Ｃｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ａｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ，Ｎａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ
第４ ５卷 第 ５期
２ ０ １ ３年 １ Ｏ月
南 京 航 空
航
天
大
学
学
报
Ｖｏ １ ． ４５ Ｎｏ ．５ Ｏｃ ｔ ． ２０１ ３
Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ａｅ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ｓ＆ Ａｓ ｔ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ｓ Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｎａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ
ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ （ ＭＥ ＭＳ ）ｉ ｎ ｅ ｒ ｔ ｉ ａ ｌ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ｓ ，ｍ ａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｏ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ，ＧＰ Ｓ，ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ — ｆ ｌ ｏ ｗ ｉ ｍａ ｇ ｉ ｎ ｇ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ａ ｎ ｄ ｂ ａ ｒ ｏ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ．
Ａｅ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ｓ＆ Ａｓ ｔ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ｓ ，Ｎａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ，２ １ ０ ０ １ ６ ，Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔｈｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｇｒ ｉ ｔ ｙ ａ ｎｄ ｕｓ ａ ｂｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏｆ ｔ ｈｅ ｎ ａ ｖｉ ｇａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｒ ｅ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎｔ ｓ ａ ｆ ｅ ｇ ｕａ ｒ ｄｓ ｔ ｏ ｓ ｍａ ｌ ｌ ｕ ｎ— ｍａ ｎｎｅ ｄ ａ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｖｅ ｈｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ａ ｕ ｔ ｏ ｎｏ ｍｏ ｕｓ ｆ ｌ ｉ ｇｈｔ ．Ａ ｑ ｕａ ｄ ｒ ｏ ｔ ｏｒ ａ ｉ ｒ ｃ ｒ ａ ｆ ｔ ｗｉ ｔ ｈ ＡＲＭ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｐｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ ｉ ｓ ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎｅ ｄ． Ａ ｍ ｕｌ ｔ ｉ — ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｕｓ ｉ ｏ ｎ ｎ ａ ｖ ｉ ｇａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｃ ｈｅ ｍｅ ｉ ｓ ｐｒ ｏ ｐ ｏｓ ｅ ｄ， ｗｈｉ ｃ ｈ ｃ ｏ ｎｓ ｉ ｓ ｔ ｓ ｏ ｆ ｍｉ ｃ ｒ ｏ — ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎｉ ｃ ａ ｌ
自主 飞 行 的精 度 和 可 靠 性 ， 满足 多种 任 务 需 求 。 关键词 ： 四旋翼飞行 器； 多信 息 融 合 微 型 导航 系 统 ； 多传 感 器 ； Ｓ ｉ ｇ ｍａ 点 卡 尔 曼滤 波 器
中图分类号 ： Ｖ２ ４ ９ ． ３ — ２ ６ １ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — ０ ５ ７ ５ — ０ ８
微 小 型 四旋 翼 飞 行 器 多信 息 非 线 性 融合 导 航 方 法 及 实 现
刘建 业 贾文 峰 赖 际舟 吕 品
（ 南 京 航 空 航 天 大 学 自动 化 学 院 导 航 研 究 中 心 ， 南京 ， ２ １ ０ ０ １ ６ ）
摘要 ： 导航 系统 的 完好 性 及 可 用 性 是 微 小 型 无 人 飞行 器 实现 自主 可 靠 飞 行 的 重要 保 障 。本 文 设 计 了 基 于 ＡＲ Ｍ 处 理 器 的 四 旋翼 飞 行 实验 平 台 ， 提 出一 种 采 用 ＭＥ Ｍｓ微 惯 性 器 件 、 磁 强计 、 Ｇ Ｐ Ｓ 、 光 流 图 像 传 感 器及 气 压 计 的 多